黃土地區(qū)路基病害設(shè)計(jì)與施工課件

黃土地區(qū)路基病害與防治路基病害整治黃土地區(qū)路基病害與防治路基病害整治1課程內(nèi)容第一節(jié)、黃土的工程特性第二節(jié)、黃土地區(qū)路基病害類(lèi)型與成因第三節(jié)、土工合成材料防治黃土路基病害的應(yīng)用技術(shù)第四節(jié)、土工合成材料防治路基邊坡及排水構(gòu)造物病害的應(yīng)用技術(shù)課程內(nèi)容第一節(jié)、黃土的工程特性第一節(jié)黃土的工程特性

第一節(jié)黃土的工程特性一、黃土的工程特性黃土具有多孔性，以粉土顆粒為主，富含碳酸鹽，顏色以黃色為主；同時(shí)，黃土具有滲透性、濕陷性、易崩解等特點(diǎn)，在外荷載和自重作用下受水浸濕后容易產(chǎn)生濕陷變形。黃土以風(fēng)積成因?yàn)橹?，具有大孔性，垂直?jié)理和架空孔隙均較發(fā)育，含有大量可溶鹽和膨脹性黏土礦物等，因此具有濕陷性和較低的承載力，極易引發(fā)各種各樣的工程質(zhì)量事故。而作為帶狀工程的公路，黃土所具有的不良工程地質(zhì)特性造成的危害尤其嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為公路邊坡剝落、沖刷、滑坍、崩坍、流泥；路堤沉陷、表面滑溜、局部滑坍以及路面裂縫等。

一、黃土的工程特性黃土具有多孔性，以粉土顆粒為主，富含碳酸鹽1.黃土的濕陷性

濕陷性是黃土的主要工程性質(zhì)，它是指在一定壓力下受水浸濕，土體結(jié)構(gòu)發(fā)生迅速破壞而發(fā)生顯著下沉的特性。并不是所有黃土都具有濕陷性，具有濕陷性的黃土厚度并不大，一般在上部的10-20m。濕陷性黃土根據(jù)上覆應(yīng)力的性質(zhì)可分為自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土兩類(lèi)，前者是指那些在自重壓力下浸水濕陷的黃土，這種黃土浸水后對(duì)構(gòu)筑物危害極大，即使本身荷重不大的構(gòu)筑物(公路、鐵路和機(jī)場(chǎng)跑道)受水浸后也會(huì)下沉；后者是指在土自重壓力下浸水不發(fā)生濕陷，只有在一定附加荷重下浸水才會(huì)濕陷的黃土。1.黃土的濕陷性

濕陷性是黃土的主要工程性質(zhì)，它是指在一我國(guó)各地黃土的工程性能如下表所示

我國(guó)各地黃土的工程性能如下表所示2.黃土的滲透性

老黃土中普遍存在構(gòu)造節(jié)理，如斜節(jié)理，新黃土中原生柱狀垂直節(jié)理發(fā)育，未曾發(fā)現(xiàn)有構(gòu)造性節(jié)理。黃土中的節(jié)理，對(duì)路基邊坡的穩(wěn)定性常起控制作用。對(duì)于黃土滲透性來(lái)說(shuō)，因其不是顆粒的膠結(jié)起作用，而是顆粒的排列結(jié)構(gòu)起各向異性作用，影響是不能忽略的。研究表明，平行于垂直節(jié)理方向的滲透系數(shù)，即垂直向滲透系數(shù)一般大于水平向滲透系數(shù)。大量的試驗(yàn)證明，對(duì)不同的黃土，垂直方向滲透系數(shù)可以是水平方向滲透系數(shù)的1.2-2.55倍。

2.黃土的滲透性老黃土中普遍存在構(gòu)造節(jié)理，如斜節(jié)理3.黃土的各向同性和各向異性

對(duì)黃土抗剪強(qiáng)度特性的研究，大多將注意力投向起始含水量的影響。通過(guò)對(duì)與垂直節(jié)理成正交、平行和45度相交進(jìn)行的剪切試驗(yàn)，證實(shí)抗剪強(qiáng)度在不同方向上并不相同，基本上呈橢圓狀。當(dāng)剪切面平行于垂直節(jié)理方向時(shí)，抗剪強(qiáng)度相對(duì)最低，且含水量低時(shí)受各向異性的影響程度更大。而對(duì)于黃土的抗剪強(qiáng)度隨著密度與濕度的變化規(guī)律更加重視。研究表明，對(duì)Q1、Q2黃土，密度較大，且變化較小，主要關(guān)注黏結(jié)力c、內(nèi)摩擦角φ指標(biāo)與含水量W的關(guān)系；對(duì)飽和黃土，濕度已達(dá)到飽和，主要關(guān)注黃土的c、φ指標(biāo)和密度γd的關(guān)系；對(duì)非飽和黃土，c、φ指標(biāo)與濕度和密度的關(guān)系須同時(shí)關(guān)注，它們均隨起始含水量的增大而降低，隨初始密度的增大而增大，且φ值的變化較小，而c值的變化卻不容忽視。3.黃土的各向同性和各向異性對(duì)黃土抗剪強(qiáng)度特性的研二、黃土分布特點(diǎn)

黃土和黃土狀土覆蓋著全球大陸面積的2.5％以上。我國(guó)是世界上黃土分布最廣泛的地區(qū)，面積達(dá)64萬(wàn)km2左右，占國(guó)土總面積的6.6％以上，其中連續(xù)分布面積達(dá)到44萬(wàn)km2。主要分布在北緯30°－49°，東經(jīng)75°－127°之間的大陸內(nèi)部干旱和半干旱地區(qū)。黃土分布地區(qū)的氣候主要表現(xiàn)為干旱及半干旱的大陸性氣候特征。雨量明顯地從西北到東南逐漸增加。全年雨量的60％集中在7-9月，尤其是8月占全年的30％左右。年平均蒸發(fā)量則在1000mm以上。氣溫也是由西北向東南逐漸增加。氣溫日變化劇烈，最大日溫差為27℃左右，呈現(xiàn)出典型的大陸性氣候特征。黃土高原處于蒙古高原之南，極地氣流由北向南伸展，即出現(xiàn)強(qiáng)度不同的寒潮，進(jìn)入我國(guó)上空之后，改由西北向東南移動(dòng)，冬春尤為頻繁。在冷峰過(guò)后經(jīng)常發(fā)生強(qiáng)旋風(fēng)，將黃土高原西北部的沙漠或戈壁灘的塵埃卷入高空，形成塵暴。我國(guó)黃土高原所處的三面環(huán)山一面沙漠的有利地形，典型的大陸性干旱氣候條件和季節(jié)性塵暴，為我國(guó)黃土風(fēng)成論提供了足夠的論據(jù)。我國(guó)西北地區(qū)黃土區(qū)地層最厚，最完整，分布連續(xù)，其特點(diǎn)較典型。

二、黃土分布特點(diǎn)黃土和黃土狀土覆蓋著全球大陸面積黃土地貌黃土地貌第二節(jié)黃土地區(qū)路基病害類(lèi)型與成因

第二節(jié)黃土地區(qū)路基病害類(lèi)型與成因

一、黃土路基病害及其成因1、黃土陷穴成因2、黃土陷穴類(lèi)型3、黃土陷穴的分布規(guī)律4、黃土陷穴的探查和防治一、黃土路基病害及其成因1、黃土陷穴成因1、黃土陷穴成因

黃土地區(qū)修筑的路基，在雨季時(shí)大面積匯集的雨水，沿著黃土的垂直節(jié)理和大孔隙向路基內(nèi)部滲透、潛流，溶解了黃土中的易溶鹽，破壞了黃土結(jié)構(gòu)，土體不斷崩解，水流帶走黃土顆粒，形成暗穴，在水的浸泡和沖刷作用下，洞壁坍塌，逐漸擴(kuò)大形成更大的暗穴或出露于地表的其他形態(tài)的陷穴。特別是在地形起伏多變、地表徑流容易匯集的地方，而土質(zhì)松散、垂直節(jié)理較多的新黃土中最易形成陷穴。黃土陷穴的產(chǎn)生是黃土的濕陷性及水的潛蝕淋溶作用的結(jié)果。黃土的濕陷性是產(chǎn)生陷穴的內(nèi)在原因，水的潛蝕作用是產(chǎn)生陷穴的外部誘因。1、黃土陷穴成因黃土地區(qū)修筑的路基，在雨季時(shí)大面積匯

黃土的自身特點(diǎn)，為陷穴產(chǎn)生提供了本質(zhì)條件。(1)濕陷性黃土是一種土質(zhì)疏松，主要成分為粉土顆粒組成的特殊土，其細(xì)微顆粒極易遭受潛蝕；(2)黃土中易溶鹽含量豐富，對(duì)強(qiáng)度起作用的結(jié)構(gòu)狀碳酸鈣，在含CO2的水或酸性環(huán)境中，易受水溶蝕，破壞黃土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使之變得松軟，有利于地下水滲透，加速了滲流作用和機(jī)構(gòu)潛蝕作用；(3)大孔隙和裂隙發(fā)育，為水的滲透提供了便利通道，加速了機(jī)械潛蝕。黃土地區(qū)特殊的水文氣候條件，為陷穴的產(chǎn)生提供了有利的外部條件。該地區(qū)雨量很少，但較集中，全年暴雨多發(fā)生在7、8、9三個(gè)月，尤其在暴雨后，大量地表水迅速積聚，且有一定的水壓力，水透過(guò)黃土像通過(guò)一個(gè)小吸管被吸下去，陷穴一般中間大，進(jìn)口和出口小。微地形地貌特征，對(duì)陷穴產(chǎn)生也有一定影響。一般陷穴多發(fā)生在一邊靠山，一邊臨深溝的地段，有時(shí)也發(fā)生在半填半挖路塹與路堤銜接處、橋涵臺(tái)背填土處或者填土施工接岔處等，在地形起伏波折變化多的地方，特別是緩坡突然轉(zhuǎn)為陡坡地段，也易形成陷穴。另外黃土地區(qū)，由于植被不發(fā)達(dá)，也為水的滲透提供了有利條件。黃土的自身特點(diǎn)，為陷穴產(chǎn)生提供了本質(zhì)條件。2．黃土陷穴類(lèi)型(1)根據(jù)黃土陷穴的成因劃分①由地表浸水形成的陷穴；②暗流的侵蝕作用形成的陷穴；③因動(dòng)植物和微生物作用引起的洞穴；④人為的洞穴；(2)根據(jù)黃土陷穴的形態(tài)劃分①碟形地；②漏斗狀陷穴；③豎井狀陷穴；④串珠狀陷穴；⑤暗穴；2．黃土陷穴類(lèi)型(1)根據(jù)黃土陷穴的成因劃分3．黃土陷穴的分布規(guī)律

黃土陷穴的分布具有一定的規(guī)律性。從地貌看，在黃土塬的邊緣、河谷階地的邊緣、沖溝兩岸及河床中都常有陷穴分布。階地邊緣、河谷兩側(cè)多為坡積的松散黃土，易被沖蝕，因而離階地斜坡和溝谷斜坡越近，陷穴越多。階地高差越大，溝谷越深，由于地表水通過(guò)階地邊緣斜坡地帶和溝谷斜坡地帶時(shí)下滲越厲害，因而陷穴也越深，有的可深達(dá)20余米。從地層上看，在疏松的新黃土層中，尤其是現(xiàn)代上層濕陷性黃土地層，陷穴越多越明顯。地層越早，陷穴發(fā)育也越受到限制。3．黃土陷穴的分布規(guī)律

黃土陷穴的分布具有一定的規(guī)4．黃土陷穴的探查和防治黃土陷穴的探查：為了判斷是否存在陷穴，可對(duì)可疑地段進(jìn)行錐探。錐探時(shí)判別陷穴的兩種情況：(1)在緊密土壤中，下錐時(shí)其土層對(duì)錐頭的阻力大，因此，用很大力才能使錐桿進(jìn)入土中。如錐頭進(jìn)入陷穴，土層對(duì)錐頭的阻力突然消失，錐桿很快落下，就證明路基下部有陷穴。(2)在疏松的土壤中，土層對(duì)錐桿的阻力很小，此時(shí)錐探者要精神集中、細(xì)心錐探，降低進(jìn)錐速度，用“高提輕落”的方法，緩慢下錐，如遇到陷穴，土層對(duì)錐頭的阻力突然消失，錐桿自動(dòng)下落，并在感覺(jué)上也有不同，就證明路基下部有陷穴。4．黃土陷穴的探查和防治黃土陷穴的探查：

黃土陷穴的防治：黃土陷穴的防治采取預(yù)防和處治相結(jié)合的原則，首先要查明陷穴的位置和導(dǎo)致其產(chǎn)生的水源，并作出定性和定量分析，根據(jù)具體情況分別對(duì)待。陷穴的預(yù)防主要是加強(qiáng)地表和路基排水，改善地表性質(zhì)，整平坡面，消除坑洼，減少水的積聚和滲透；加強(qiáng)植被保護(hù)和水土保持，加強(qiáng)路基外雨水的截排和路基的防滲防漏(如采用土工合成材料等)；開(kāi)展巡查，對(duì)容易發(fā)生陷穴的地帶定期檢查。黃土陷穴的處治，主要是根據(jù)陷穴的大小分別采用灌漿、開(kāi)挖回填等措施。陷穴較小的采用明挖，原土夯填；陷穴較大的灌泥漿，分兩次進(jìn)行，待第一次灌滿(mǎn)泥漿干燥收縮后再進(jìn)行第二次灌漿塞空。黃土陷穴的防治：二、路堤病害及其成因

路堤常見(jiàn)的病害主要有：路堤或基底沉陷；土橋病害；路堤局部坍塌與邊坡滑動(dòng)等。二、路堤病害及其成因

路堤常見(jiàn)的病害主要有：1．沉陷變形

路堤的沉陷變形有人為因素和地基因素。人為因素是指路堤本身填筑時(shí)碾壓達(dá)不到設(shè)計(jì)的壓實(shí)度要求，這是路堤沉陷變形的主要原因之一。研究表明：濕陷性黃土壓實(shí)干密度達(dá)到16.5kN/m3可明顯減少路堤本身的沉陷。地基因素指由于堤重或行車(chē)荷載的作用引起的固結(jié)沉降，對(duì)于濕陷性黃土浸水后則引起濕陷變形。為減少路堤的沉陷變形，應(yīng)根據(jù)黃土的工程性質(zhì)以及路堤的高度采取相應(yīng)措施，其中利用土工合成材料加筋路堤或進(jìn)行防滲處理，能夠有效防止路堤的沉陷或濕陷變形。1．沉陷變形

路堤的沉陷變形有人為因素和地基因素。2．土橋病害黃土橋系指跨越溝谷的高填路堤，坐落于崾峴或沖溝之上。土橋改變了原來(lái)的水文、地質(zhì)條件和地形地貌條件，加之車(chē)輛動(dòng)荷載的作用，使得土橋與周?chē)h(huán)境處于動(dòng)態(tài)平衡之中，一旦某種因素失去平衡，將會(huì)產(chǎn)生土橋病害。水是引起土橋病害的根本原因，對(duì)土橋的破壞作用主要表現(xiàn)如下:2．土橋病害黃土橋系指跨越溝谷的高填路堤，坐落于崾

(1)地面水對(duì)土橋坡面的沖刷：當(dāng)土橋頂面兩側(cè)排水溝、邊溝及坡面缺少必要的保護(hù)措施時(shí)，每當(dāng)雨季，土橋坡面及頂面水只能沿坡面漫流。加之土橋填土高度大，本身匯水面積大，加劇了土橋坡面的沖刷，輕則坡面沖溝縱橫，重則導(dǎo)致坡腳水土流失、崩塌，乃至路基失穩(wěn)。寧夏S202線(xiàn)K19+700土橋坡面沖刷破壞寧夏S202線(xiàn)K19+700土橋局部濕陷破壞(1)地面水對(duì)土橋坡面的沖刷：寧夏S202線(xiàn)K19+

(2)地面水對(duì)土橋體的直向溶蝕和潛蝕;(3)洪水對(duì)土橋的破壞：黃土地區(qū)氣候干燥，植被覆蓋率差，降雨集中，暴雨時(shí)地面徑流量大，水土流失嚴(yán)重。(4)地下水對(duì)橋基的水平溶蝕、潛蝕以及水對(duì)土體的凍融作用：不同黃土地區(qū)的土橋病害特征各異。土橋中涵洞病害率高，是土橋最主要的病害，因此排水系統(tǒng)對(duì)于土橋來(lái)說(shuō)是十分重要的。土橋病害造成路面塌陷

(2)地面水對(duì)土橋體的直向溶蝕和潛蝕;土橋病害造成路面3．路堤坍塌與邊坡滑動(dòng)

產(chǎn)生路堤坍塌與邊坡滑動(dòng)的主要原因有：路堤填筑質(zhì)量，表現(xiàn)為壓實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；邊坡設(shè)計(jì)不當(dāng)，即確定的設(shè)計(jì)邊坡形式和坡度與實(shí)際情況不符；路堤地基土軟弱，當(dāng)路堤高度大于臨界值時(shí)，造成路堤整體滑動(dòng)；邊溝或邊坡沖刷，邊溝水沖刷掏空坡腳可造成路堤坍塌與邊坡滑動(dòng)。黃土路堤邊坡病害急流槽周邊濕陷破壞3．路堤坍塌與邊坡滑動(dòng)產(chǎn)生路堤坍塌與邊三、邊坡病害及其成因

1．邊坡病害類(lèi)型公路路塹一般位于地面表層，開(kāi)挖后暴露于大氣中，受各種自然和人為因素影響，路塹邊坡易發(fā)生破壞變形。黃土路塹邊坡變形破壞方式可分為剝蝕(包括剝落和沖刷)和滑塌(包括滑坍、崩坍、坡腳坍塌等)兩種。(1)邊坡剝蝕坡面剝蝕是黃土邊坡變形的一種普通現(xiàn)象，一般發(fā)生在各種黃土層中。雖然這種邊坡變形不是坡體整體變形，但對(duì)路塹邊溝危害較大，會(huì)引起其他更嚴(yán)重的邊坡變形或破壞。三、邊坡病害及其成因

1．邊坡病害類(lèi)型

路基邊坡剝蝕寧夏S202線(xiàn)K23附近坡面剝落a)K23+100；b)K23+300由于坡面剝蝕嚴(yán)重，路塹邊溝淤積，影響了邊溝排水，雨水侵蝕進(jìn)而可能造成邊溝兩側(cè)黃土濕陷，加劇路基破壞。ab路基邊坡剝蝕寧夏S202線(xiàn)K23附近坡面剝落由于坡面

寧夏黑－海路坡面沖刷，形成細(xì)溝、洞穴和沖溝屬于典型的黃土邊坡，由于黃土強(qiáng)度低、節(jié)理裂隙發(fā)育，當(dāng)坡面受到?jīng)_刷作用時(shí)，常引起大量的水土流失，使坡面被沖刷成紋溝、細(xì)溝、洞穴，并發(fā)展成暗溝、沖溝等，同時(shí)坡體局部有坍塌破壞現(xiàn)象寧夏黑－海路坡面沖刷，形成細(xì)溝、洞穴和沖溝

(2)邊坡滑塌黃土邊坡的破壞方式和規(guī)模與黃土層的構(gòu)造特征密切相關(guān)。具有構(gòu)造節(jié)理的黃土邊坡，常呈現(xiàn)沿節(jié)理面滑落；具有垂直節(jié)理的黃土邊坡，其破壞方式常呈現(xiàn)為坍塌；無(wú)構(gòu)造節(jié)理的黃土邊坡則主要為滑坡破壞。

路塹邊坡滑坡路基邊坡沖刷、崩坍(2)邊坡滑塌路塹邊坡滑坡

2．邊坡侵蝕破壞機(jī)理黃土高原降雨量不大，但該地區(qū)的侵蝕強(qiáng)度卻為全國(guó)之最。由于地表起伏的存在及地表抗沖蝕性的不均勻，徑流在順坡向下流動(dòng)的過(guò)程中必然發(fā)生匯集，水深和流速逐漸增加形成股流。這個(gè)過(guò)程最初以面狀侵蝕為主，之后發(fā)展為細(xì)溝侵蝕，以至于淺溝侵蝕。在坡面徑流過(guò)程中，徑流匯集成股流是細(xì)溝侵蝕發(fā)生的必要條件。徑流匯集以后，水深及流速都比薄層漫流增大若干倍，水流侵蝕力及搬運(yùn)泥沙的能力也都成倍增加。其結(jié)果使得地表橫向不均勻性進(jìn)一步加大，徑流流路漸漸固定，水流的紊動(dòng)性也不斷加劇。隨著徑流過(guò)程的不斷持續(xù)，便會(huì)在流路上開(kāi)始出現(xiàn)一系列的跌水。跌水出現(xiàn)后，流路縱斷面上形成了許多不連續(xù)的斷點(diǎn)，每個(gè)斷點(diǎn)都是侵蝕的最活躍點(diǎn)。除了水流剪切應(yīng)力外，重力的影響程度大大增強(qiáng)。土粒是以塊狀滾落進(jìn)入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，侵蝕強(qiáng)度也隨之急劇增加。這些侵蝕斷點(diǎn)便會(huì)成為細(xì)溝的溝頭，在流水作用下，不斷發(fā)生溯源侵蝕，細(xì)溝也就不斷加長(zhǎng)，直至多處溝頭貫通，形成完整的細(xì)溝。2．邊坡侵蝕破壞機(jī)理

跌水形成是坡面侵蝕方式發(fā)生變化的重要分界點(diǎn)，它標(biāo)志著細(xì)溝開(kāi)始形成，同時(shí)也表明在徑流流路上，侵蝕方式已由面狀侵蝕轉(zhuǎn)為溝狀侵蝕。當(dāng)已進(jìn)入急流狀態(tài)的坡面股流順坡流下時(shí)，徑流流路的寬度會(huì)有很大的變化，且在坡面不同的地方具有不同程度的寬窄變化。由于邊界條件的不規(guī)則性，邊壁狀況的改變會(huì)使水流的擾動(dòng)產(chǎn)生一種波動(dòng)現(xiàn)象，即急流沖擊波。水流出現(xiàn)沖擊波時(shí)，水面不僅沿縱向起伏變化，而且在橫斷面上的水深也發(fā)生局部壅高，水面上形成菱形波浪。由于急流具有很大的慣性，遇到邊壁擾動(dòng)時(shí)，便會(huì)以很大的速度沖擊邊壁。而邊壁也對(duì)水流施加反力，迫使水流沿邊壁轉(zhuǎn)向，產(chǎn)生動(dòng)量變化，造成水面的局部壅高。沖擊波產(chǎn)生后水深、流速的變化與水流的性質(zhì)及引起擾動(dòng)的邊界條件有關(guān)。跌水形成是坡面侵蝕方式發(fā)生變化的重要

徑流深度的局部增大，沖擊波的出現(xiàn)，使得徑流在沖擊波交匯的地方出現(xiàn)局部徑流深度劇增，其剝蝕分散土壤的剪切應(yīng)力也隨之增大，其結(jié)果便會(huì)在此形成跌水，從而誘導(dǎo)細(xì)溝發(fā)生,最后形成沖溝或暗溝等，如下圖。因此，水流本身的流態(tài)變化及局部擾動(dòng)是導(dǎo)致細(xì)溝溝頭形成的直接內(nèi)在的原因。路基邊溝下蝕形成淺溝、切溝、暗洞、沖溝寧夏S203線(xiàn)橋臺(tái)護(hù)坡體破壞徑流深度的局部增大，沖擊波的出現(xiàn)，使得徑流

3．影響邊坡穩(wěn)定的因素影響邊坡穩(wěn)定的因素主要有坡度、坡長(zhǎng)、土壤硬度、植被狀況和護(hù)坡工程等。(1)坡度：地面坡度是決定徑流沖刷能力的基本因素之一，而徑流沖刷能力則是影響邊坡穩(wěn)定性的重要原因，徑流沖刷能力越強(qiáng)，對(duì)邊坡的破壞作用越大。坡度與徑流沖刷能力的關(guān)系為，在一定的范圍內(nèi)，坡度越大，徑流沖刷能力越強(qiáng)，侵蝕量也越大。然而，存在有一個(gè)臨界坡度，超過(guò)臨界坡度，侵蝕量隨坡度的增加反而減小。目前，對(duì)臨界坡度的研究還沒(méi)有統(tǒng)一的結(jié)論，有人認(rèn)為臨界坡度為26°-28°，而有的研究認(rèn)為在40°左右。(2)坡長(zhǎng)：已有資料證明，在相同降雨條件下，坡長(zhǎng)越長(zhǎng)，它的徑流量也越大。坡長(zhǎng)越長(zhǎng)，侵蝕量越大，邊坡越不穩(wěn)定；同時(shí)，坡長(zhǎng)增加也加重了重力侵蝕。(3)土壤硬度：由于影響土壤硬度的因素與土壤的透水性、抗蝕性、抗沖性有密切關(guān)系，因此，土壤硬度也是影響邊坡穩(wěn)定性的重要因素之一。已有研究表明，土壤抗沖性隨土壤硬度的減小而減弱。土壤硬度的大小又決定了植物的生長(zhǎng)情況，而植物對(duì)邊坡具有很強(qiáng)的保護(hù)作用。3．影響邊坡穩(wěn)定的因素

(4)植被狀況：良好的植被覆蓋對(duì)防止土壤侵蝕起著積極作用，各種條件下的植被都有阻止水蝕和風(fēng)蝕發(fā)生的作用。植物的機(jī)械效應(yīng)有固結(jié)土體、降低風(fēng)速等作用。(5)護(hù)坡工程：護(hù)坡工程可有效地防止崩塌、滑坡等重力侵蝕，并對(duì)減弱溝蝕也有一定的積極作用.在黃土地區(qū)，穿越溝谷除采用黃土橋外，不少地段采用建橋方案。由于溝壑縱橫、谷坡陡峻，在暴雨季節(jié)，橋臺(tái)護(hù)坡體往往受到雨水的強(qiáng)烈沖刷作用。如果路堤邊坡表層土質(zhì)松散，漿砌片石護(hù)坡不能與路堤緊密結(jié)合，雨水滲入往往會(huì)引起表層松散黃土濕陷、漿砌片石局部下沉，從而出現(xiàn)護(hù)坡面凹凸不平，并多處開(kāi)裂。由于橋臺(tái)基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降變形，往往導(dǎo)致局部護(hù)坡體失穩(wěn)滑塌。(4)植被狀況：良好的植被覆蓋對(duì)防止土壤侵蝕起著

4．邊坡病害的防治黃土地區(qū)極易發(fā)生邊坡破壞變形，對(duì)公路建設(shè)危害極大。在所調(diào)查的省道202、國(guó)道309、黑一海路、預(yù)一惠路等都見(jiàn)到了不同程度的路塹邊坡破壞現(xiàn)象。對(duì)于這些病害，應(yīng)堅(jiān)持預(yù)防為主。對(duì)于剝蝕破壞，一般可以采取工程措施來(lái)防護(hù)，而對(duì)滑塌破壞必須在邊坡設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)邊坡滑塌穩(wěn)定性作出正確預(yù)測(cè)，并采取相應(yīng)的工程措施來(lái)控制。4．邊坡病害的防治第三節(jié)土工合成材料防治黃土路基病害的應(yīng)用技術(shù)

第三節(jié)土工合成材料防治黃土路基病害的應(yīng)用技術(shù)

一、概述

黃土地區(qū)公路路基病害的主要表現(xiàn)形式為路基沉陷或陷穴、路堤或基底沉陷、坡面滑溜、路堤局部滑坍或整體滑坡、土橋病害等。黃土特殊的工程特性導(dǎo)致了黃土地區(qū)公路病害的產(chǎn)生，其中黃土的濕陷性是引起路基破壞的主要因素，而黃土濕陷性與水的潛蝕作用導(dǎo)致的路基濕陷，對(duì)公路危害極大。因此，設(shè)置完善的防、排水系統(tǒng)，最大限度地降低地基受水浸濕的可能性是防止黃土濕陷破壞的首選措施，也是最經(jīng)濟(jì)的技術(shù)措施。在黃土路基中加入土工合成材料，其目的就是要防水和減載。利用土工合成材料所產(chǎn)生的剪力及拉力以改變路基的受力狀態(tài)，使路基能夠均勻承受荷載，減少路基的局部沉降及側(cè)向位移，提高路基的承載力。利用土工合成材料防治路基病害，不僅要改變其受力狀態(tài)，還要解決地表水及地下水的排導(dǎo)、隔離、防滲等，并進(jìn)行必要的加固，使路基免受水的侵害。一、概述

黃土地區(qū)公路路基病害的主要表現(xiàn)形式為路二、試驗(yàn)路段土樣的室內(nèi)試驗(yàn)

土樣選白銀古高速公路輔道K13+140－K13+200試驗(yàn)路段，共取6組原狀土樣和3組擾動(dòng)土樣，室內(nèi)試驗(yàn)包括以下內(nèi)容。1．黃土物理性質(zhì)試驗(yàn)(1)顆粒分析試驗(yàn)，分別對(duì)6組原狀土樣和3組擾動(dòng)土樣進(jìn)行了顆粒分析試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)下表

從顆粒分析試驗(yàn)可以看出，該處地基土主要為顆粒小于0.25mm的粉狀黃土，粉粒直徑范圍為0.075-0.005mm；少數(shù)土樣是以黏粒(<0.005mm)為主的粉質(zhì)黏土或以粉砂粒(0.25-0.075mm)為主的粉砂。從黃土的顆粒分析結(jié)果可知，該區(qū)黃土為近源風(fēng)積為主，顆粒主要為粉粒，含有較多的粉砂粒。二、試驗(yàn)路段土樣的室內(nèi)試驗(yàn)

土樣選白銀古高速公

(2)物理性質(zhì)試驗(yàn)分別對(duì)6組原狀土樣和3組擾動(dòng)土樣進(jìn)行了土的物理性質(zhì)試驗(yàn)，結(jié)果表明，該試驗(yàn)段粉狀黃土的天然含水量一般在10％左右，天然密度為1.60-1.71g/cm3，干密度為1.45-158g/cm3，飽和度為32.6％-31.9％，天然孔隙比為0.697-0.848。說(shuō)明該段黃土由于粉粒含量較高，并含有少量粉砂粒，導(dǎo)致黃土具有較大的干密度和較小的孔隙比，并且具有較好的透氣性和透水性。所以，該處黃土具有較低的天然含水量。試驗(yàn)結(jié)果換表明：黃土的液限較低，一般為21.2％－27.4％，說(shuō)明該處黃土由于粉粒含量較高，在較低的含水量時(shí)即可產(chǎn)生液化，易導(dǎo)致黃土的濕陷和破壞。因此，黃土路基的病害防治應(yīng)以防水為主，并輔以其他的工程措施。(2)物理性質(zhì)試驗(yàn)

2．黃土力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)分別對(duì)6組原狀土樣和3組擾動(dòng)土樣進(jìn)行了壓縮試驗(yàn)、擊實(shí)試驗(yàn)、三軸排水固結(jié)試驗(yàn)和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果分別如下銀古高速公路輔道K13+140-K13+200土的壓縮性質(zhì)試驗(yàn)2．黃土力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)

3．黃土的水理性質(zhì)試驗(yàn)(1)滲透試驗(yàn)室內(nèi)滲透試驗(yàn)的目的主要是對(duì)土樣的滲透系數(shù)進(jìn)行分析和測(cè)定，其結(jié)果見(jiàn)下表。從表中滲透系數(shù)的數(shù)據(jù)可見(jiàn)，不同土樣的滲透系數(shù)變化較大。在同一條線(xiàn)路取不同土樣，其滲透系數(shù)的差異可達(dá)兩個(gè)數(shù)量級(jí)之大，說(shuō)明其濕陷性有較大差別。銀古高速公路輔道K13+140—K13+200滲透試驗(yàn)

3．黃土的水理性質(zhì)試驗(yàn)銀古高速公路輔道K13+140—K

圖1滲透流量與時(shí)間關(guān)系圖

圖2縱向、橫向滲透剖面圖

黃土的滲透性除了反映黃土的透水性能和特點(diǎn)之外，還是研究黃土濕陷性的重要參數(shù)。觀測(cè)結(jié)果表明，在長(zhǎng)時(shí)間滲透過(guò)程中，黃土的滲透系數(shù)與滲透時(shí)間有關(guān)，隨時(shí)間的增加滲透系數(shù)逐漸變小，最后穩(wěn)定在某一數(shù)值上，如下圖1由圖1可以看出，滲透在時(shí)間上的變化規(guī)律是：在滲透初期，滲透急劇增加，滲透系數(shù)是值為3.4m/d，連續(xù)滲透3-5d后，滲透速度大大降低，其值降為不足1.0m/d，20d后，是值降為0.08m/d，可見(jiàn)，滲透主要在最初2d完成。圖2可以看出，滲透在垂直方向上大于水平方向，向深處垂直滲透的速度常常數(shù)倍或十?dāng)?shù)倍于水平方向。當(dāng)滲透時(shí)間繼續(xù)時(shí)，垂直向滲透深度由10m達(dá)到14m，相應(yīng)的水平向擴(kuò)展到4m左右。

圖1滲透流量與時(shí)間關(guān)系圖

圖2縱向、橫向滲透剖面圖圖1滲透流量與時(shí)間關(guān)系圖

(2)濕陷試驗(yàn)土樣的濕陷試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)下表。銀古高速公路輔道K13+140-K13+200黃土的濕陷性試驗(yàn)

濕陷試驗(yàn)表明，只有2-(1)和3-(2)兩個(gè)土樣濕陷性較為明顯，為中等濕陷性黃土(濕陷系數(shù)為0.03-0.06之間)，其他土樣濕陷性均不明顯。(2)濕陷試驗(yàn)濕陷試驗(yàn)表明，只有2-(1)和3-(2)兩個(gè)

4．黃土的成分分析(1)黃土含鹽量分析根據(jù)野外調(diào)查結(jié)果，我國(guó)西部地區(qū)尤其是寧夏黃土中含有大量的白色粉末狀鹽，包括易溶鹽、中溶鹽和難溶鹽三種。易溶鹽是指Na、K、Mg、Ca的氯酸鹽、碳酸鹽和硫酸鹽(NaCl，KCl，NazS04，Na2CO。)；中溶鹽是指石膏(CaSO，)；難溶鹽是指碳酸鈣(CaCO。)?？扇茺}在黃土中常以鈣質(zhì)結(jié)核的形式出現(xiàn)，另外還有鈣質(zhì)膠結(jié)層、燕尾式石膏、白色鹽霜、堿皮等，主要存在于老黃土中，其中的易溶鹽如NaCl、KCl等含量愈高，其濕陷性一般愈大。在公路病害調(diào)查時(shí)，不同程度地見(jiàn)到了這些現(xiàn)象，含有可溶鹽是西北黃土的一個(gè)重要標(biāo)志，其變化規(guī)律：由北向南，自西向東，可溶鹽含量漸減。中溶鹽(CaS04)由于其結(jié)晶體的特殊作用，對(duì)濕陷和顆粒結(jié)構(gòu)的破壞起加速或促進(jìn)作用。中溶鹽含量愈多，則濕陷性愈大。難溶鹽(CaCO3)在黃土中既起骨架作用，又起膠結(jié)作用。

4．黃土的成分分析

(2)X射線(xiàn)衍射分析X射線(xiàn)衍射分析表明，中國(guó)各地黃土的礦物成分基本一致。但是黃土中的微晶碳酸鈣趨向于自東·而西、自南而北的增加。無(wú)定形物質(zhì)莉相離子交換容量(CEC)有著明顯的自東而西、自南而北減少的趨勢(shì)，如表7-11所示。

我國(guó)各地黃土的物理化學(xué)性質(zhì)

(2)X射線(xiàn)衍射分析三、黃土路堤應(yīng)力變形分析

為了制訂合理有效的防治方案，在路基病害調(diào)查和試驗(yàn)路段土樣室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用了有限元法對(duì)黃土路堤在加筋和無(wú)筋條件下的應(yīng)力和變形進(jìn)行了數(shù)值分析。1．黃土路堤應(yīng)力變形分析用有限元計(jì)算方法分析土體的應(yīng)力和變形及水與土骨架的應(yīng)力耦合關(guān)系等，可以深入了解黃土路堤的應(yīng)力分布和變形特點(diǎn)，探討加筋路堤數(shù)值模型的機(jī)理，從而為制訂合理的設(shè)計(jì)方案提供依據(jù)。(1)數(shù)值模型的假定①路堤的縱向是足夠長(zhǎng)的，故按平面應(yīng)變問(wèn)題來(lái)考慮；②填土和地基土的本構(gòu)關(guān)系采用Drucker-Prager彈塑性模型；③邊界條件：右側(cè)施加無(wú)限單元，約束其右端橫向位移，左邊沿公路中線(xiàn)約束橫向位移；下部取路堤地面線(xiàn)以下4.6m，約束下部的豎向位移。三、黃土路堤應(yīng)力變形分析

為了制訂合理有效的防治方

路堤幾何尺寸如圖所示。

路堤幾何尺寸(尺寸單位；cm)路面結(jié)構(gòu)為3cm的瀝青混凝土面層加18cm的水穩(wěn)層加6如m的砂礫層，填土與地基之間有50cm的灰土墊層，兩者之間為擾動(dòng)填土，墊層以下為天然地基土。路堤幾何尺寸如圖所示。計(jì)算參數(shù)取值見(jiàn)表計(jì)算參數(shù)取值表

計(jì)算參數(shù)取值見(jiàn)表

網(wǎng)格的劃分以及邊界條件的處理如圖7-21所示。邊界以及網(wǎng)格劃分示意圖(尺寸單位：m)網(wǎng)格的劃分以及邊界條件的處理如圖7-21所示。邊界以及網(wǎng)格

(2)路堤變形、強(qiáng)度分析

分析路堤變形云圖可以看出，豎向壓縮變形最大的部位集中在路堤中心靠近地面部分；橫向壓縮變形最大的部位是路堤的上部，產(chǎn)生橫向拉伸變形的部位為坡腳不加格柵時(shí)的以下5m左右的地方。路堤的應(yīng)力云圖顯示：豎向壓應(yīng)力與豎向壓縮變形部位一致，集中在路堤中心靠近地面部分，豎向拉應(yīng)力也與坡腳及坡腳以外的路基豎向拉伸或拱起部分一致。橫向應(yīng)力云圖中，在路堤和地基接觸面出現(xiàn)了一個(gè)明顯的橫向應(yīng)力受拉條帶，也就是路堤極易產(chǎn)生橫向滑動(dòng)的部位。以上圖形所顯示的應(yīng)力集中的地方也是變形最大的地方，這些特殊的部位，正是使路堤首先產(chǎn)生破壞的地方。(3)加入格柵時(shí)的路堤變形、強(qiáng)度分析仍采用有限元分析方法進(jìn)行數(shù)值分析，計(jì)算模型同不加筋方案。采用土工實(shí)驗(yàn)報(bào)告的參數(shù)取值(見(jiàn)表7-9)。格柵的性能指標(biāo)為：彈性模量正＝6.2892×108(Pa)，面積A＝4.856×10-4(m2)，密度ρ＝210(kg/m3)，縱向抗拉強(qiáng)度8.9(kN/m)，橫向抗拉強(qiáng)度5.9(kN/m)。加入土工格柵后，與不加前對(duì)比分析其路堤變形云圖可以看出，雖然變形區(qū)域基本一致，但變形趨勢(shì)有所減緩，說(shuō)明土工材料在起作用。加入土工格柵后，與不加相比，在數(shù)值上有變化，特別是橫向應(yīng)力顯示出比較均勻的受壓狀態(tài)和穩(wěn)定的受力趨勢(shì)(2)路堤變形、強(qiáng)度分析

2．加筋原理普通路基都有一定的抗壓和抗剪強(qiáng)度，而抗拉強(qiáng)度卻很低。在路基內(nèi)鋪設(shè)適當(dāng)?shù)募咏畈牧希梢圆煌潭鹊馗纳坡坊膹?qiáng)度和變形狀態(tài)，土工合成材料在土體內(nèi)以筋材作為抗拉構(gòu)件，與土體產(chǎn)生相互摩擦，限制土體的側(cè)向變形，增強(qiáng)土體的整體性，從而提高土體的抗剪強(qiáng)度。加筋土強(qiáng)度的提高或者說(shuō)加筋土體自主穩(wěn)定性的增加，其基本原理存在于筋一土之間的相互摩阻聯(lián)結(jié)之中。加筋路基承受拉力后，主要通過(guò)兩個(gè)途徑來(lái)改善土體的力學(xué)性能：一是減少本該由土體承受的剪力；另外就是通過(guò)增加剪切面上的正應(yīng)力，提高土體的抗剪強(qiáng)度。當(dāng)土體沿潛在的破裂面發(fā)生剪切變形時(shí)，土體中出現(xiàn)了壓應(yīng)變和拉應(yīng)變。如果將加筋沿拉應(yīng)變的方向設(shè)置，剪切變形使加筋受拉，加筋就能有效地發(fā)揮作用。一般來(lái)說(shuō)，加筋的層數(shù)越多，拉筋的強(qiáng)度越高，加筋層填土內(nèi)摩擦角越大，此時(shí)加筋的結(jié)構(gòu)效應(yīng)越明顯。為了使加筋材料產(chǎn)生拉應(yīng)力，必須將其布置在土體中的拉伸變形區(qū)，并且最好沿著主拉應(yīng)變方向。這樣土體中的拉應(yīng)力傳遞給鄰近的加筋材料，使筋材作為抗拉構(gòu)件，而土體本身只承受壓應(yīng)力和剪應(yīng)力。2．加筋原理

基于上述分析，在下面的加筋路基試驗(yàn)方案中將重點(diǎn)利用以下功能。(1)擴(kuò)散應(yīng)力；由于加筋路基增加了路基的整體剛度，將有利于上部荷載的擴(kuò)散并均勻地傳遞到地基土層。(2)調(diào)整不均勻沉降；由于加筋墊層的作用，加大壓縮層范圍內(nèi)地基的整體剛度，有利于調(diào)整地基變形。(3)增大地基穩(wěn)定性；由于加筋墊層的約束，整體上限制了地基土的剪切、側(cè)向擠出和隆起·．(4)提高路堤邊坡的整體穩(wěn)定性；由于筋材作為一種抗拉構(gòu)件，與土體產(chǎn)生相互摩擦，限制了土體的側(cè)向變形，保證了路堤邊坡的整體穩(wěn)定性。(5)減少路基整體的總沉降量；抗拉加筋土工材料，不僅約束橫向變形，同時(shí)能起一種張力膜的作用，減少垂直變形，阻斷剪切帶的產(chǎn)生，從而提高加筋土的承載力，減少路基土的總沉降量。基于上述分析，在下面的加筋路基試驗(yàn)方案中將重點(diǎn)利用以下功能四、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案及施工工藝

為了驗(yàn)證應(yīng)用土工合成材料防治黃土地區(qū)路基病害的可行性與有效性，在室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值分析的基礎(chǔ)上，本課題選擇銀古高速公路輔道、中郝高速公路和銀古高速公路中的部分路段，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究。1．土工合成材料防治黃土路堤穩(wěn)定性破壞的應(yīng)用技術(shù)1)試驗(yàn)方案以銀古高速公路輔道K13十150一K13+210填方段(填高8.30m)為試驗(yàn)路段，該路段地質(zhì)特征：表層為風(fēng)積黃土(低液限黏土)，分布深度0.20-8.00m，為非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，總濕陷量厶‘＝4.90-24.70cm，濕陷等級(jí)為I(輕微)級(jí)或II(中等濕陷)級(jí)。其下為卵石，局部缺失，厚0.2-1.8m，下伏第三系泥巖。第三系泥巖為膨脹巖土，全風(fēng)化呈土狀，為一般的膨脹性軟巖。土工合成材料選擇型號(hào)為SN一286型土工格柵，其性能指標(biāo)為：彈性模量正＝6.2892X10s(Pa)，單位面積質(zhì)量＝623g/m’，密度盧＝210(kg/m3)，縱向抗拉強(qiáng)度8.9(kN/m)，橫向抗拉強(qiáng)度5.9(kN/m)，網(wǎng)孔尺寸為28mmX28mm。

四、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案及施工工藝

為了驗(yàn)證應(yīng)用土工合

根據(jù)黃土的物理力學(xué)性質(zhì)及黃土路堤的應(yīng)力與變形分析計(jì)算，確定防治路堤的沉陷和滑坍的加筋設(shè)計(jì)方案如下：對(duì)于填方路段，邊坡i＝1；1.5，在路堤基底以上2m范圍內(nèi)，距路堤邊坡外緣5-10cm，路堤的兩端鋪設(shè)寬為4.5m的土工格柵，層間距為50cm，可以起到固結(jié)邊坡，增加邊坡穩(wěn)定性的作用。為增加路基的承載能力，隔層全斷面鋪設(shè)土工格柵，并在基底鋪設(shè)50cm的三七灰土穩(wěn)定層。為保證路堤壓實(shí)度，路堤施工寬度加寬20-30cm。土工格柵橫向鋪設(shè)，搭接30-50cm。鋪完之后，應(yīng)盡快填土隱蔽，防止車(chē)壓日曬。鋪設(shè)方案如下圖

根據(jù)黃土的物理力學(xué)性質(zhì)及黃土路堤的應(yīng)力與變形

2)施工(1)土工格柵的鋪設(shè)①先用剪刀將土工格柵按設(shè)計(jì)尺寸裁剪好，整齊堆放。②將碾壓密實(shí)的填土表面整平，清除表面堅(jiān)硬凸出物。③土工格柵外緣距路堤邊坡外緣要保持5-10cm，以防止刷坡后，土工格柵外露老化。④測(cè)設(shè)路基邊線(xiàn)樁位，掛上線(xiàn)繩，用白灰灑出土工格柵外側(cè)線(xiàn)。⑤將裁剪好的土工格柵逐一密貼擺放在填土面上，并將土工格柵強(qiáng)度高的方向垂直于線(xiàn)路軸線(xiàn)方向。⑥將土工格柵拉緊展開(kāi)，將相鄰的各幅土工格柵用鐵絲綁扎搭接起來(lái)，每隔10cm一個(gè)綁扎點(diǎn)，搭接長(zhǎng)度不小于10cm，采用U形鐵絲卡將土工格柵固定于土層表面，U形卡間相距50cm，梅花形布置。土工格柵鋪設(shè)現(xiàn)場(chǎng)如圖

土工格柵鋪設(shè)現(xiàn)場(chǎng)2)施工土工格柵鋪設(shè)現(xiàn)場(chǎng)

(2)黃土路堤的填筑①對(duì)黃土路堤的填筑，應(yīng)先做試驗(yàn)段，確定碾壓厚度、壓實(shí)遍數(shù)和松鋪系數(shù)等參數(shù)后，再全面展開(kāi)施工。②黃土路堤的填筑，主要是通過(guò)自卸汽車(chē)運(yùn)土，推土機(jī)初平，平地機(jī)精平，壓路機(jī)分層碾壓來(lái)完成。③自卸汽車(chē)卸土?xí)r，盡量不要碾壓土工格柵，汽車(chē)后輪距土工格柵邊緣0.2-0.4m，車(chē)內(nèi)土方卸落時(shí)，正落于土工格柵的中心部位而后向周?chē)㈤_(kāi)，恰好埋住整個(gè)土工格柵。這樣汽車(chē)既不會(huì)直接碾壓到土工格柵上，造成破壞，同時(shí)，土工格柵也不會(huì)發(fā)生移動(dòng)，確保位置準(zhǔn)確。④當(dāng)兩側(cè)土工格柵鋪完后，汽車(chē)在中間路面剩余的寬度內(nèi)無(wú)法調(diào)頭時(shí)，只能先單側(cè)鋪設(shè)土工格柵，待其上填土推平碾壓后，汽車(chē)就可以在這一側(cè)行走、調(diào)頭，隨后鋪設(shè)另一側(cè)土工格柵。⑤為保證壓實(shí)質(zhì)量，路堤每側(cè)加寬20-30cm，并對(duì)每層土邊緣采取壓路機(jī)沿路中心線(xiàn)成45’角的方向夯壓，這樣既可保證施工機(jī)械的安全，又可保證路堤邊緣的壓實(shí)度。(2)黃土路堤的填筑

2．土工合成材料防治低填淺挖段路基沉陷和陷穴的應(yīng)用技術(shù)降低路基的填土高度，不僅可以獲得明顯的經(jīng)濟(jì)效益，而且可以避免由于黃土而產(chǎn)生的一切不良效果，對(duì)于低等級(jí)公路，更具有現(xiàn)實(shí)意義。在路堤底部加鋪復(fù)合土工膜布，不僅可以阻止地面水向路基底部的下滲，即起到隔水防滲的作用，還可以保證原狀土不被擾動(dòng)，強(qiáng)度不會(huì)降低，并可減少沉降量，均化地基應(yīng)力。土工布的加筋抗拉作用，可使上部填土荷載對(duì)地基造成的附加應(yīng)力傳遞深度減少，減少地基壓縮層影響深度。如果結(jié)合三七灰土結(jié)構(gòu)，既可增加地基的承載能力，又可防止地表水的下滲，從而有效地避免沉陷和陷穴的發(fā)生。2．土工合成材料防治低填淺挖段路基沉陷和陷穴的應(yīng)用技術(shù)

(1)試驗(yàn)方案試驗(yàn)路段為銀古高速公路輔道K12+190-K12+290段，填土高度0.30m，為低填方路段。試驗(yàn)段地質(zhì)特征：表層為濕陷等級(jí)為Ⅱ級(jí)的風(fēng)積黃土(低液限黏土)，分布深度0.20-8.00m，為非自重濕陷性黃土場(chǎng)地。土工合成材料選擇長(zhǎng)絲復(fù)合土工膜(二布一膜)，其物理力學(xué)性能指標(biāo)見(jiàn)表長(zhǎng)絲復(fù)合土工膜物理力學(xué)性能指標(biāo)表

(1)試驗(yàn)方案

(2)施工工藝①基底處理：當(dāng)填方高度較小，邊坡i＝1：1.5時(shí)，在進(jìn)行基底處理前，先對(duì)基底進(jìn)行夯實(shí)，提高地基的承載力。②鋪土工膜：在鋪設(shè)土工膜之前，下層填料或墊層應(yīng)平整、密實(shí)，對(duì)表面碎石、塊石等堅(jiān)硬凸出物進(jìn)行嚴(yán)格清理，防止其對(duì)土工膜造成直接破壞，影響土工膜的性能，而起不到防滲的作用。如路基地下水位較高或有積水可能，應(yīng)考慮橫向排水層的設(shè)置。鋪設(shè)復(fù)合土工膜時(shí)，可采用機(jī)械或人工鋪設(shè)。為控制防滲效果，土工膜的橫向搭接長(zhǎng)度取30cm。土工膜沿線(xiàn)路縱向兩幅的搭接長(zhǎng)度不小于0.5m，并保證接頭處不滲漏。施工時(shí)，嚴(yán)格按照《公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(JTJ/T019-98)進(jìn)行。土工膜鋪設(shè)現(xiàn)場(chǎng)(2)施工工藝土工膜鋪設(shè)現(xiàn)場(chǎng)

(3)工后效果檢驗(yàn)該段路基于2003年9月初鋪筑完畢，已經(jīng)過(guò)半年多時(shí)間，并經(jīng)歷了秋雨的浸蝕和凍融變化，在春融最不利季節(jié)，對(duì)路況進(jìn)行了強(qiáng)度測(cè)定，結(jié)果如表從路面彎沉測(cè)定結(jié)果看，路面整體強(qiáng)度未見(jiàn)異常，強(qiáng)度和穩(wěn)定性能良好。但在雨水的浸蝕下，肯定會(huì)有不同變化。(3)工后效果檢驗(yàn)從路面彎沉測(cè)定結(jié)果看，路面整體強(qiáng)度未見(jiàn)異

3．土工合成材料防治填方段黃土路基沉陷和陷穴的應(yīng)用技術(shù)1)試驗(yàn)方案(1)方案一銀古高速公路輔道K13+150-K13+210段，填方高度8.3m。地質(zhì)特征：表層為風(fēng)積黃土(低液限黏土)，分布深度0.20-8.00m，為非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，總濕陷量厶J＝4.90-24.70cm，濕陷等級(jí)為I(輕微)級(jí)或Ⅱ(中等濕陷)級(jí)。其下為卵石，局部缺失，厚0.2-1.8m，下伏第三系泥巖?？紤]路堤橫向排水，雖設(shè)有涵洞，但在路堤兩側(cè)仍有聚水可能，以灰土換填和防水土工膜相結(jié)合的方法進(jìn)行處理。為阻止地表水下滲以增加地基承載力，對(duì)原基底進(jìn)行夯實(shí)后，填筑50cm三七灰土，并在路基兩側(cè)修筑灰土隔水墻，在隔水墻內(nèi)側(cè)鋪設(shè)防水土工膜，并深入基底150cm。基底處理及土工膜鋪設(shè)方案見(jiàn)下圖（尺寸單位cm）3．土工合成材料防治填方段黃土路基沉陷和陷穴的應(yīng)用技術(shù)

(2)方案二中郝高速公路興仁段K295+000一K295+870為填方路段，填方高度3.5m。地質(zhì)特征：0-5m為較強(qiáng)烈濕陷性黃土，5-10m屬輕微濕陷性黃土，10m以下為不濕陷黃土。0-10m均為非自重濕陷性黃土。黃土呈灰黃色，局部夾細(xì)砂，強(qiáng)度較低。該段地勢(shì)低洼，在路基填筑完成后，由于突降暴雨，排水不暢，路基黃土受到積水的浸泡，導(dǎo)致黃土發(fā)生顯著濕陷下沉，引起路基左側(cè)沿縱向開(kāi)裂，最寬處達(dá)40cm。鑒于此，在路基左側(cè)(迎水面)和右側(cè)分別布置寬8m、4m的護(hù)坡道，并在左側(cè)護(hù)坡道下50cm處鋪設(shè)防水土工膜，土工膜伸入地表以下1.5m，如圖所示。該方案經(jīng)專(zhuān)家論證已被采納。(2)方案二

2)施工工藝(1)方案一：①在對(duì)基底進(jìn)行處理前，先對(duì)基底進(jìn)行夯實(shí)，提高地基的承載力，壓實(shí)度不低于93％。②在對(duì)基底夯實(shí)后，即可進(jìn)行三七灰土換填。當(dāng)換填高度為100cm時(shí)，按壓實(shí)厚度為25cm，分四層進(jìn)行碾壓，壓實(shí)度不低于95％。③在路基排水上游一側(cè)，距路基坡角100cm的公路用地范圍內(nèi)，沿路線(xiàn)縱向設(shè)置50X150cm的三七灰土擋水墻。④鋪土工布。參照低填淺挖段土工膜的鋪設(shè)方法，并嚴(yán)格按照《公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(JTJ/T019-98)進(jìn)行。

(2)方案二：①在鋪設(shè)土工膜之前，應(yīng)整平坡面和護(hù)坡道。下層填料或墊層應(yīng)平整、密實(shí)，對(duì)表面碎石、塊石等堅(jiān)硬凸出物進(jìn)行嚴(yán)格清理，防止其對(duì)土工膜造成直接破壞，影響土工膜的性能而起不到防滲的作用。②鋪設(shè)復(fù)合土工膜時(shí)，可采用機(jī)械或人工鋪設(shè)。鋪設(shè)前，先將一端用固定器固定，然后用機(jī)械或人力拉緊，拉力應(yīng)適當(dāng)。鋪設(shè)時(shí)不允許出現(xiàn)卷曲、扭結(jié)和褶皺現(xiàn)象，最后用固定器固定另一端。固定器一般采用固定釘和固定鐵皮。③為保證防滲效果，土工膜的搭接長(zhǎng)度取20一30cm。在坡面上鋪設(shè)時(shí)，宜白下而上鋪設(shè)并就地聯(lián)結(jié)。土工膜應(yīng)緊貼被保護(hù)層，但不宜拉得過(guò)緊。④施工時(shí)，嚴(yán)格按照《公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(JTJ/T019-98)進(jìn)行。(2)方案二：

3)工后效果檢驗(yàn)在新建的銀古高速公路輔道K13+150-K13+210段，為防止路基的濕陷沉降破壞，按方案一對(duì)路基進(jìn)行了治理，效果明顯，雖經(jīng)過(guò)了2003年秋雨和2004年春融，未見(jiàn)異常發(fā)生，保持了理想的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。中郝高速公路興仁段，在2002年夏季，突降暴雨，路基迎水面聚水，由于路基強(qiáng)烈的濕陷沉降，導(dǎo)致路堤破壞。Z003年按方案二對(duì)K295+000一K295+870路段重新填筑后，已經(jīng)歷了數(shù)場(chǎng)大雨的沖刷和浸泡，即便在2004年春融最不利季節(jié)，也保持了良好的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性。3)工后效果檢驗(yàn)

4．土工合成材料防治新舊黃土路基不均勻沉降的應(yīng)用技術(shù)銀古高速公路黃河以東古窯子附近，有部分黃土路段：新路是在老路的基礎(chǔ)上雙側(cè)加寬的，由于該地區(qū)為黃土路基，具有顯著的濕陷特征，在新老路基交接處易產(chǎn)生不均勻沉降，防止路基產(chǎn)生不均勻沉降是其主要內(nèi)容。1)試驗(yàn)方案在填方路段水穩(wěn)層下的新舊路基交接處，沿縱向各選擇100m鋪設(shè)土工格柵，即K24+500-K24+600和K24+600-K24+700分別布置寬度為2.0m和4.5m的土工格柵，土工格柵縱向搭接長(zhǎng)度30cm，用以防止路基不均勻沉降。材料選型為T(mén)GDGll0高密度聚乙烯單向拉伸塑料土工格柵，其性能指標(biāo)見(jiàn)表。4．土工合成材料防治新舊黃土路基不均勻沉降的應(yīng)用技術(shù)

鋪設(shè)位置如圖

鋪設(shè)位置如圖

2)施工工藝(1)鋪設(shè)的技術(shù)要求①在鋪設(shè)水穩(wěn)砂礫之前，使新填路基高程與舊路基一致；②將待鋪土工格柵路基上的尖銳物清掃干凈，無(wú)其他雜物后將路基面平整；③土工格柵的一端要用木方固定在路基上，然后可用人工鋪設(shè)土工格柵，也可用小型拖拉機(jī)拖動(dòng)，保證縱向拉緊為宜，避免出現(xiàn)皺褶，防止縱向施力過(guò)大，縱向格柵之間要用鐵絲綁扎搭接起來(lái)，每隔10cm一個(gè)綁扎點(diǎn)，接縫搭接不小于30cm；④鋪設(shè)的土工格柵使新舊路基的接縫位于格柵的中央，盡量避免橫向搭接，并將土工格柵強(qiáng)度高的方向垂直于線(xiàn)路軸線(xiàn)方向。采用U形鐵絲卡將土工格柵固定于土層表面，U形卡間相距50cm，梅花形布置；⑤在鋪筑水穩(wěn)砂礫時(shí)，應(yīng)保證不因車(chē)輛的轉(zhuǎn)彎或剎車(chē)造成對(duì)鋪好土工格柵的損害。如有損壞，應(yīng)立即進(jìn)行修補(bǔ)，保證其整體性。(2)鋪設(shè)步驟①整平新舊路基并清理雜物；②鋪設(shè)并調(diào)整土工格柵的位置；③搭接并固定土工格柵，并保證與路基的密貼；④鋪筑水穩(wěn)砂礫，并保證土工格柵完整無(wú)損；⑤進(jìn)行碾壓。2)施工工藝

3)工后效果檢驗(yàn)兩路段分別鋪設(shè)2.0m和4.5m土工格柵后，各階段彎沉檢測(cè)結(jié)果如表

3)工后效果檢驗(yàn)

從彎沉檢測(cè)結(jié)果看，鋪2.0m與鋪4.5m土工格柵沒(méi)有明顯區(qū)別，但是從對(duì)公路整體的影響看卻不一樣，在鋪設(shè)較窄土工格柵的路段，路面出現(xiàn)了較為明顯的縱向裂縫，如圖圖7-34寬鋪和窄鋪土工格柵效果對(duì)比圖a)鋪2.0m土工格柵；b)鋪4.5m土工格柵從彎沉檢測(cè)結(jié)果看，鋪2.0m與鋪4.5m土工五、試驗(yàn)觀測(cè)及結(jié)果分析

為驗(yàn)證試驗(yàn)方案的有效性，對(duì)試驗(yàn)路段進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，內(nèi)容包括路基的豎向沉降、應(yīng)力應(yīng)變及側(cè)向位移觀測(cè)。1．觀測(cè)方案(1)沉降觀測(cè)①觀測(cè)點(diǎn)布置按有、無(wú)土工格柵，共布置兩個(gè)斷面，包括10個(gè)沉降板監(jiān)測(cè)點(diǎn)和四個(gè)坡角樁水平位移觀測(cè)點(diǎn)，共計(jì)14個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。兩斷面沉降板準(zhǔn)確位置見(jiàn)圖7-35。在監(jiān)測(cè)時(shí)，與附近大地水準(zhǔn)點(diǎn)和高級(jí)控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)，每點(diǎn)監(jiān)測(cè)兩個(gè)方向的位移，即沉降量和側(cè)向變形。五、試驗(yàn)觀測(cè)及結(jié)果分析

為驗(yàn)證試驗(yàn)方案的有效性

②沉降板的安裝沉降板的安裝如圖。沉降板的埋設(shè)在填土層壓實(shí)后進(jìn)行，當(dāng)填土層壓實(shí)后，在選定的位置開(kāi)出一邊長(zhǎng)約100cm×100cm的方形槽，深度至本層填土層底部以下(約2cm)；然后在底部鋪設(shè)厚約2cm的細(xì)砂層，搗實(shí)整平后，放入沉降板，并確保豎管垂直，作好標(biāo)記，用10cm護(hù)壁套管護(hù)壁，進(jìn)行妥善保護(hù)，并用管頭保護(hù)蓋蓋好，用同類(lèi)土回填至該層回填土頂面，并適當(dāng)振搗固結(jié)、密實(shí)。②沉降板的安裝

③觀測(cè)內(nèi)容與時(shí)間測(cè)試內(nèi)容為各點(diǎn)的沉降量即豎向位移。對(duì)于路基的沉降觀測(cè)，通常根據(jù)加載階段和變形是否穩(wěn)定確定觀測(cè)周期。以路基施工期間作為第一階段，隨著荷載逐漸加大，沉降速度加快，正常情況下每填筑1層或3d左右觀測(cè)一次；第二階段，即工后沉降期，每半月觀測(cè)1次，從當(dāng)年11月份開(kāi)始，至第二年4月底春融結(jié)束，持續(xù)觀測(cè)6個(gè)月，共12次；第三階段為基本穩(wěn)定期，每月觀測(cè)1次，至基本穩(wěn)定為止，詳見(jiàn)表7-17。上述觀測(cè)周期并非一成不變，當(dāng)有特殊要求或發(fā)現(xiàn)有異常情況時(shí)，適當(dāng)縮短觀測(cè)周期，增加觀測(cè)次數(shù)。③觀測(cè)內(nèi)容與時(shí)間

④觀測(cè)精度的確定在施工期間，對(duì)于高速公路的施工，一般路堤的沉降速率標(biāo)準(zhǔn)為10mm/d，橋頭路堤的沉降速率標(biāo)準(zhǔn)為5mm/d。本次以10mm/d作為允許變形值，分析和確定所需要的工后觀測(cè)精度。⑤觀測(cè)基準(zhǔn)的選擇沉降觀測(cè)的測(cè)量點(diǎn)分為水準(zhǔn)基點(diǎn)、工作基點(diǎn)和沉降觀測(cè)點(diǎn)。水準(zhǔn)基點(diǎn)和工作基點(diǎn)構(gòu)成沉降觀測(cè)控制網(wǎng)，用于對(duì)沉降觀測(cè)點(diǎn)的長(zhǎng)期觀測(cè)。因此從實(shí)用出發(fā)，公路施工期沉降觀測(cè)基準(zhǔn)應(yīng)首選固定基準(zhǔn)。根據(jù)公路帶狀的特點(diǎn)以及控制網(wǎng)與沉降點(diǎn)觀測(cè)的方便，在施工路段一側(cè)選埋一組水準(zhǔn)基點(diǎn)，將3-4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)選埋在變形區(qū)以外的基巖上或深埋在原狀土上，也可以設(shè)置在穩(wěn)固的建構(gòu)筑物上。⑥施工過(guò)程的動(dòng)態(tài)控制施工過(guò)程的動(dòng)態(tài)控制主要分為路堤填筑過(guò)程中的動(dòng)態(tài)控制和路堤預(yù)壓期的動(dòng)態(tài)控制。在路堤填筑過(guò)程中，沉降觀測(cè)的主要目的是防止施工期內(nèi)路基失穩(wěn)，因此，重點(diǎn)應(yīng)對(duì)路堤填筑過(guò)程中的最高沉降速率加以限制。參考國(guó)內(nèi)已建工程的經(jīng)驗(yàn)，路堤中線(xiàn)沉降點(diǎn)的沉降速率應(yīng)小于10mm/d，重點(diǎn)部位如橋頭路堤的沉降速率應(yīng)小于5mm/d，當(dāng)沉降速率大于上述規(guī)定時(shí)，作認(rèn)真細(xì)致的分析，必要時(shí)通知有關(guān)單位采取控制措施。④觀測(cè)精度的確定

(2)應(yīng)力應(yīng)變觀測(cè)①壓力盒測(cè)點(diǎn)布置按有、無(wú)土工格柵共布置兩個(gè)斷面，如圖所示，合計(jì)16個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每點(diǎn)監(jiān)測(cè)兩個(gè)方向的應(yīng)力，即豎向應(yīng)力和側(cè)向應(yīng)力，壓力盒的受力面朝向路堤頂部或中部。同一點(diǎn)位上、下壓力盒在公路縱向方向相互錯(cuò)開(kāi)0.5m。共計(jì)埋設(shè)了壓力盒32個(gè)，監(jiān)測(cè)記錄儀一臺(tái)。

(2)應(yīng)力應(yīng)變觀測(cè)

②壓力傳感器的選擇由于監(jiān)測(cè)目的為了解路堤中土壓力的大小及其分布情況，因此選擇鋼弦式壓力傳感器(壓力盒)根據(jù)設(shè)計(jì)要求計(jì)算可知，上覆土的自重壓力約為200kPa，預(yù)計(jì)施工壓力可達(dá)300kPa，確定選擇適用壓力范圍為300-400kPa的壓力傳感器。③壓力傳感器的標(biāo)定壓力傳感器出廠標(biāo)定：在出廠時(shí)已標(biāo)定有壓力系數(shù)K值。壓力傳感器現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定：在壓力盒埋設(shè)前要對(duì)壓力盒進(jìn)行檢查，記錄漂零值。在埋設(shè)后未受壓力前再次進(jìn)行檢查，確定漂零值和修正系數(shù)。②壓力傳感器的選擇

④壓力盒的安裝壓力盒的埋設(shè)在填土層壓實(shí)后進(jìn)行，如圖7-38。當(dāng)填土層壓實(shí)后，在選定的位置開(kāi)出直徑約20cm的兩個(gè)圓形槽，深度至本層填土層底(對(duì)原狀土要求進(jìn)入原狀土層20cm)；然后在底部鋪設(shè)厚約Scm的細(xì)砂層，搗實(shí)整平后，按規(guī)定的方向放入壓力盒，并將電纜線(xiàn)沿層頂面刻一溝槽，將其引至路基外邊，進(jìn)行妥善保護(hù)，再用中細(xì)砂將溝槽回填至該層回填土頂面；最后在回填砂層頂面慢慢加入清水，并適當(dāng)振搗，以使砂層固結(jié)、密實(shí)。④壓力盒的安裝

⑤觀測(cè)內(nèi)容與時(shí)間觀測(cè)內(nèi)容為壓力盒受壓力作用后，鋼弦的張力變化所引起的自振頻率變化值，進(jìn)而得到壓力盒膜所受的壓力。在壓力盒埋設(shè)完畢后進(jìn)行一次測(cè)試并記錄。之后的觀測(cè)頻率與時(shí)間如表所列。⑤觀測(cè)內(nèi)容與時(shí)間

(3)側(cè)向位移觀測(cè)①觀測(cè)方法的選擇側(cè)向位移觀測(cè)包括邊樁位移和沿深度的側(cè)向位移兩部分內(nèi)容。深度側(cè)向位移通過(guò)測(cè)斜儀在預(yù)先埋設(shè)于地基中的測(cè)斜管內(nèi)不同深度處量測(cè)而得，其變化規(guī)律對(duì)理論分析有重要意義，但作為施工控制手段目前尚無(wú)可行的經(jīng)驗(yàn)。由于路基填土荷載使地基產(chǎn)生水平位移，而地表水平位移又以坡腳附近最為靈敏。為了保證工程的安全，只在坡腳處設(shè)置水平位移邊樁，觀測(cè)其在施工過(guò)程和工后的側(cè)向位移變化情況。(3)側(cè)向位移觀測(cè)

②觀測(cè)樁的埋設(shè)為了對(duì)比鋪與不鋪土工合成材料的路基變化情況，只在鋪與不鋪土工合成材料的兩個(gè)斷面的兩側(cè)分別埋設(shè)兩排橫向混凝土位移樁，即Z1、Z2和Z3、Z4，如圖所示，以便對(duì)施工過(guò)程作進(jìn)一步的觀測(cè)。②觀測(cè)樁的埋設(shè)

③觀測(cè)基準(zhǔn)的選擇為了對(duì)側(cè)向位移樁進(jìn)行控制，在試驗(yàn)路段周?chē)⒘巳强刂凭W(wǎng)，并與位移樁Z1、Z2和Z3、Z4進(jìn)行聯(lián)測(cè)，定期觀測(cè)其位置的變化情況。④觀測(cè)周期與精度側(cè)向位移的觀測(cè)周期見(jiàn)表。位移樁的平面坐標(biāo)計(jì)算應(yīng)滿(mǎn)足三等三角測(cè)量精度要求，并將其換算為路基橫向位移。③觀測(cè)基準(zhǔn)的選擇

2．觀測(cè)結(jié)果分析(1)沉降觀測(cè)結(jié)果分析，如圖所示。2．觀測(cè)結(jié)果分析

由圖可知，在路中線(xiàn)處沉降量較小，路肩處沉降量較大。當(dāng)路堤高度較小時(shí)，應(yīng)力基本均勻，隨著填土高度的增加，路基中豎向應(yīng)力集中作用點(diǎn)由路中心處逐漸向公路兩側(cè)移動(dòng)，在路肩處或公路半幅的中間地帶形成新的應(yīng)力集中，產(chǎn)生較大的路基沉降。一旦應(yīng)力超過(guò)該處的地基承載能力時(shí)，路基即產(chǎn)生破壞，即公路整體失穩(wěn)，產(chǎn)生滑裂面，并沿滑裂面產(chǎn)生坍塌。由圖還可知，當(dāng)路基中鋪設(shè)土工網(wǎng)后，公路橫斷面方向所產(chǎn)生的沉降差明顯減小，而在未鋪土工網(wǎng)段，雖然填土厚度較小，但沉降差仍然較大。說(shuō)明加鋪土工網(wǎng)可以明顯地減小路基的沉降量，使路基中的應(yīng)力形成重新分布，豎向應(yīng)力減小，并達(dá)到趨近于均勻分布狀態(tài)。由圖可知，在路中線(xiàn)處沉降量較小，路肩處沉降量

(2)應(yīng)力觀測(cè)結(jié)果分析，未鋪土工格柵的土壓力曲線(xiàn)如圖a所示，鋪土工格柵的土壓力曲線(xiàn)如圖b所示。圖1(2)應(yīng)力觀測(cè)結(jié)果分析，未鋪土工格柵的土壓力曲線(xiàn)如圖

由表可知，鋪設(shè)土工格柵后路基中水平土壓力明顯增加，豎向土壓力也明顯減小。因此在路基中鋪設(shè)土工格柵可以使路基中土壓力進(jìn)行重新分配，減小應(yīng)力集中和不均勻沉降，提高路基的整體抗剪強(qiáng)度和穩(wěn)定性。由表可知，鋪設(shè)土工格柵后路基中水平土壓力明顯增加，豎向土壓

由圖可知，加鋪土工格柵后，路堤中下部土壓力進(jìn)行了重新分布，同一觀測(cè)點(diǎn)豎向應(yīng)力明顯減小，水平應(yīng)力增加，土的自重應(yīng)力和上覆荷載有效地傳遞給土工格柵，且應(yīng)力分布均勻化，有效地增加了路堤邊坡的穩(wěn)定性，減小了路堤的沉降變形。同時(shí)在路堤上部由于沒(méi)有加鋪土工格柵，則路堤中土壓力曲線(xiàn)形狀與未鋪土工格柵時(shí)基本相同，沒(méi)有大的改變，而下部鋪設(shè)了土工格柵后，路基中各點(diǎn)的豎向自重應(yīng)力值有明顯的減小。由圖可知，加鋪土工格柵后，路堤中下部土壓力進(jìn)

(3)橫向位移觀測(cè)結(jié)果分析隨著填土高度的增加，路基橫向位移的變化如圖所示。由圖可以看出，在路基填筑開(kāi)始以后，隨著荷載的增加，側(cè)向位移也緩慢增加，但每天的位移值增加不大。對(duì)不加格網(wǎng)的路基，如圖b)，隨著荷載增加并接近地基極限荷載時(shí)，邊樁位移迅速增大，地基有破壞可能；而加格網(wǎng)的路基，如圖a)，橫向位移變化比較平緩，加筋的分荷作用也較為明顯。路基填土高度與橫向位移量關(guān)系圖a)加鋪格網(wǎng)路堤橫向位移；b)未加格網(wǎng)路堤橫向位移路基填土高度與橫向位移量關(guān)系圖a)加鋪格網(wǎng)路堤橫向位移；b)未加格網(wǎng)路堤橫向位移(3)橫向位移觀測(cè)結(jié)果分析隨著填土高度的增加，路基橫六、黃土路基病害的綜合防治

黃土地區(qū)道路病害的室內(nèi)外試驗(yàn)研究表明，黃土的濕陷性是引發(fā)路基病害的最主要原因。顯然，單靠土工合成材料不能從根本上解決問(wèn)題，必須輔之以其他綜合防治措施。多年來(lái)，為了防治黃土在不利條件下造成的危害，在設(shè)計(jì)施工方法和改善處理途徑方面已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，由早期的大開(kāi)挖到后來(lái)的墊層(灰土或沙石)、強(qiáng)夯(表面強(qiáng)夯、深孔強(qiáng)夯、置換強(qiáng)夯)、擠密(灰土樁、飽和土?xí)r的振沖碎石柱)、沉樁(預(yù)制打入樁、鉆孔灌注樁、大徑擴(kuò)底底注樁、水泥攪拌樁)、化學(xué)加固(堿液法、加氣硅化法)和防水(基本防水、檢測(cè)防水、嚴(yán)格防水及施工防水)等均做了一系列的研究工作，在工程實(shí)踐中發(fā)揮了重要作用。目前，處治濕陷性黃土路基的方法很多，通常采用的有密實(shí)法、置換法、復(fù)合地基法等，再配合排水措施，形成一個(gè)體系。這些方法的特點(diǎn)是技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)適用、施工簡(jiǎn)單、有較好的處理效果，便于掌握及推廣應(yīng)用。六、黃土路基病害的綜合防治

黃土地區(qū)道路病害的

1．密實(shí)法密實(shí)法是對(duì)非飽和濕陷性黃土在動(dòng)載沖擊荷載作用下，使土體的孔隙減少，密實(shí)度提高，地基土的承載力增加，壓縮性降低，目前主要有強(qiáng)夯法和沖擊壓實(shí)法等。(1)強(qiáng)夯法強(qiáng)夯法是用重量為80-400kN的重錘，落距6-40m沖擊地基，使地基土壓密和振密，以加固地基土，達(dá)到提高強(qiáng)度、降低壓縮性的目的。強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土是一種很好的方法，簡(jiǎn)單實(shí)用，易于施工，效果良好，適用于要求消除的濕陷性土層厚度為3-6m。對(duì)于要夯實(shí)的濕陷性黃土，其含水量宜低于塑限含水量1％-3％，當(dāng)其含水量低于10％時(shí)，宜加水至塑限含水量，當(dāng)含水量大于塑限含水量3％時(shí)，應(yīng)采取措施降低含水量至塑限含水量。(2)沖擊壓實(shí)法沖擊壓實(shí)法采用沖擊壓實(shí)機(jī)處理濕陷性黃土地基。沖擊壓實(shí)機(jī)由牽引車(chē)拖動(dòng)，靠凸輪瓣對(duì)土進(jìn)行沖擊壓實(shí)，壓實(shí)次數(shù)宜選擇20-40次為宜，其擊實(shí)能可達(dá)2000-3000kJ，有效壓實(shí)深度為2m。沖擊壓實(shí)機(jī)對(duì)土擊實(shí)后，土的密度超出了常規(guī)壓路機(jī)的壓實(shí)效果，且使天然土在壓實(shí)過(guò)程中完成了沉降要求，具有壓實(shí)和擊實(shí)兩種功效，適用于處理淺層濕陷性黃土。1．密實(shí)法

2．置換法置換法是將基礎(chǔ)地面下一定范圍內(nèi)的濕陷性黃土挖除，然后分層換填強(qiáng)度和模量相對(duì)較高的沙石、碎石、灰土、素土等，并夯實(shí)至要求的密度，形成一個(gè)較好的持力層，以達(dá)到提高承載力和減少變形的目的。置換法主要適用于淺層濕陷性黃土，一般厚度不大于3m，具體方法有灰土墊層、土墊層等。3．復(fù)合地基法復(fù)合地基法是在天然地基中設(shè)置一定比例的增強(qiáng)體(樁體)，使樁土共同承擔(dān)荷載，并具有密實(shí)法和置換法的效應(yīng)，具體方法有高壓旋噴法、粉噴樁法、灰土擠密樁等。

2．置換法第四節(jié)土工合成材料防治路基邊坡及排水構(gòu)造物病害的應(yīng)用技術(shù)

第四節(jié)土工合成材料防治路基邊坡及排水構(gòu)造物病害的應(yīng)用技術(shù)

一、黃土的浸水破壞機(jī)理

黃土濕陷的產(chǎn)生機(jī)理有各種各樣的假說(shuō)，如毛管假說(shuō)、溶鹽假說(shuō)、膠粒不足說(shuō)、水膜楔入說(shuō)以及欠壓密理論等等，這些假說(shuō)分別從物理學(xué)、物理化學(xué)、地質(zhì)學(xué)等各個(gè)方面對(duì)濕陷現(xiàn)象作了解釋?zhuān)贾荒苷f(shuō)明問(wèn)題的一個(gè)方面，不能充分解釋所有濕陷現(xiàn)象及其本質(zhì)。在濕陷性黃土地區(qū)，濕陷實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn),由多種復(fù)雜因素決定，其中土性特點(diǎn)是最重要的因素。不同土性的土在場(chǎng)地不同深度的組合，可以使場(chǎng)地的濕陷敏感性有很大不同。以往對(duì)濕陷性黃土的研究，多側(cè)重于飽水情況下的濕陷，而實(shí)際建筑物地基浸水后有一個(gè)滲透過(guò)程，并非突然全部飽和。有大體積的非飽和增濕土體參與了整個(gè)濕陷過(guò)程，并影響到濕陷的發(fā)展。不同土性的土在低壓力、低增濕下變形的不同，直接影響到場(chǎng)地濕陷的敏感性，增濕試驗(yàn)?zāi)芰私庠诓煌膽?yīng)力和濕度條件下黃土的變形及濕陷特征。一、黃土的浸水破壞機(jī)理

黃土濕陷的產(chǎn)生機(jī)理有各

1．黃土浸水破壞的結(jié)構(gòu)理論黃土濕陷變形的最根本原因是黃土具有比較特殊的粒狀架空結(jié)構(gòu)體系，這個(gè)結(jié)構(gòu)體系中的非正常配位的架空孔隙，是在干濕交替、以干旱為主的氣候環(huán)境中堆積形成的。粒狀架空結(jié)構(gòu)體系在天然狀態(tài)下是穩(wěn)定的并具有一定強(qiáng)度，但是當(dāng)水浸入這個(gè)體系中就會(huì)使聯(lián)結(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度降低，特別是在附加荷重同時(shí)作用下，粒狀架空結(jié)構(gòu)體系立即失去穩(wěn)定，導(dǎo)致突然的濕陷變形。黃土微結(jié)構(gòu)特征的區(qū)域性變化規(guī)律與工程實(shí)踐中所發(fā)現(xiàn)的濕陷性由西北向東南逐漸減弱的總趨勢(shì)相吻合，說(shuō)明中國(guó)黃土濕陷性與它的微結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系。2．黃土浸水破壞的內(nèi)在原因研究表明，黃土結(jié)構(gòu)中骨架的結(jié)構(gòu)單元可分為單粒、集粒和凝塊。單粒主要為少量的砂粒和構(gòu)成黃土土體的粗粉粒。因此，黃土結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性和強(qiáng)度將取決于聯(lián)結(jié)點(diǎn)的數(shù)目和聯(lián)結(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度。(1)黃土宏觀結(jié)構(gòu)與濕陷性的關(guān)系1．黃土浸水破壞的結(jié)構(gòu)理論

(2)黃土微觀結(jié)構(gòu)與濕陷性的關(guān)系電鏡分析研究表明，黃土的微觀結(jié)構(gòu)主要有以下特點(diǎn)：①顆粒主要為粒狀，多是形態(tài)各異、大小不同、具有一定磨圓度的單個(gè)碎屑顆粒及在表面附著有較多微小黏粒和碳酸鈣晶體的粗碎屑顆粒，此外，還有部分由微晶碳酸鈣將大量微碎屑和黏粒膠結(jié)成的集粒。②骨架顆粒間的聯(lián)結(jié)形式主要為接觸聯(lián)結(jié)③黃土結(jié)構(gòu)較疏松，肉眼可觀察到的大孔隙分布較多(2)黃土微觀結(jié)構(gòu)與濕陷性的關(guān)系

大量鏡下觀察表明，黃土孔隙往往是幾種類(lèi)型同時(shí)出現(xiàn)，構(gòu)成一定的組合，不同濕陷等級(jí)的黃土具有明顯不同的孔隙組合，如表所示。根據(jù)孔隙組合比根據(jù)單一孔隙類(lèi)型更能可靠地判斷黃土濕陷等級(jí)。大量鏡下觀察表明，黃土孔隙往往是幾種類(lèi)型

(3)黃土礦物成分與濕陷性的關(guān)系黃土礦物成分與濕陷性的關(guān)系可歸納如下：我國(guó)西部地區(qū)尤其是寧夏黃土中含有大量的白色粉末狀鹽，包括易溶鹽、中溶鹽和難溶鹽三種。易溶鹽的種類(lèi)和含量與黃土的成巖作用有關(guān)，影響著黃土的工程性能。易溶鹽含量越高，其濕陷性一般越大。中溶鹽由于其結(jié)晶體的特殊作用，對(duì)濕陷和顆粒結(jié)構(gòu)的破壞起加速或促進(jìn)作用。中溶鹽含量愈多，則濕陷性愈大。難溶鹽在黃土中既起骨架作用，又起膠結(jié)作用。起膠結(jié)作用的碳酸鈣對(duì)黃土的濕陷性有明顯的影響。(3)黃土礦物成分與濕陷性的關(guān)系

(4)黃土成因與濕陷性的關(guān)系導(dǎo)致黃土濕陷的直接原因是架空孔隙和支架孔隙.

除黃土這種特殊成因的堆積物外，其他成因的、未受成壤作用改造的堆積物常常不具濕陷性。由此看來(lái)，黃土的成因與濕陷性的產(chǎn)生有十分密切的關(guān)系。所以，黃土濕陷性的形成與干旱和半干旱地區(qū)的土壤化過(guò)程是分不開(kāi)的。對(duì)于不具濕陷性的細(xì)粒堆積物而言，只要經(jīng)歷干旱和半干旱地區(qū)的成壤作用，就會(huì)產(chǎn)生濕陷性。弱的成壤作用會(huì)使土層產(chǎn)生不穩(wěn)定的孔隙，使土層變得疏松，從而導(dǎo)致濕陷性出現(xiàn)。濕潤(rùn)地區(qū)成壤作用較強(qiáng)，黏化普遍，發(fā)育的是濕陷性弱的黃土或不具濕陷性的紅褐色古土壤。較早的黃土在形成時(shí)或形成后不久也具有濕陷性。只是后來(lái)受上覆地層重力的影響才失去了濕陷性。(4)黃土成因與濕陷性的關(guān)系

3．黃土浸水破壞的外因作用黃土的濕陷性是一個(gè)多因素綜合作用的結(jié)果，水和壓力是濕陷的必要條件。(1)水對(duì)黃土濕陷性的影響水的浸入是黃土濕陷的先決條件，不同的浸水量，其濕陷量不同。當(dāng)浸水區(qū)域較小時(shí)，非增濕區(qū)域或非飽和區(qū)域有較大的摩阻力，限制了飽和區(qū)域的濕陷，使浸水中心區(qū)域的飽和黃土濕陷沉降不能充分展開(kāi)。由于土性質(zhì)的不同，這種限制很不相同。有的土水穩(wěn)性較強(qiáng)，它的濕陷需要較大的壓力及較高的增濕量，抗剪強(qiáng)度隨濕度的增加而衰減較慢，因此，非飽和浸濕區(qū)內(nèi)土體變形很小。有的土水穩(wěn)性很差，微量增濕則抗剪強(qiáng)度驟減，因此，非飽和增濕區(qū)不但不能限制飽和區(qū)黃土的濕陷，反而參與并加劇了整個(gè)場(chǎng)地的濕陷，濕陷范圍比浸水飽和區(qū)大得多，濕陷的側(cè)向發(fā)展較快，使浸水中心區(qū)濕陷約束力很快降到最低，濕陷得更充分。因而，它能在較少的浸水量或小面積浸水時(shí)，很快地產(chǎn)生非飽和濕陷，浸濕范圍比較接近濕陷的變形范圍，濕陷迅捷。3．黃土浸水破壞的外因作用

根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)，可以得到黃土的浸水時(shí)間與濕陷系數(shù)關(guān)系圖

由圖可知，不同地區(qū)由于黃土的顆粒組成和化學(xué)成分不同，濕陷產(chǎn)生的速度不同。在西部和北部地區(qū)，顆粒直徑相對(duì)較大，并含有較多的可溶鹽類(lèi)，產(chǎn)生濕陷的速度相對(duì)較慢，濕陷變形量也相對(duì)較小，大約產(chǎn)生濕陷的過(guò)程需要10-20min。而南部和東部地區(qū)黃土，顆粒較細(xì)，而且濕陷變形量往往較大，產(chǎn)生濕陷的過(guò)程較短，一般在幾十秒內(nèi)即形成大范圍的濕陷。根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)，可以得到黃土的浸水時(shí)間與濕陷系數(shù)關(guān)系圖

(2)水壓力對(duì)黃土濕陷性的影響因壓力不同使同等增濕產(chǎn)生的濕陷變形很不相等。小壓力下的濕陷需要更高的增濕量，對(duì)場(chǎng)地土而言就需要更長(zhǎng)的浸水滲透時(shí)間，表現(xiàn)為濕陷的敏感性弱。因此，選用較低建筑荷載可減少干燥性黃土濕陷的敏感性。在大壓力時(shí)，隨含水量的增大，濕陷的敏感性逐漸減弱，但是在較小壓力時(shí)，濕陷敏感性在某一范圍內(nèi)逐漸增強(qiáng)。。同土的增濕、壓力及濕陷關(guān)系曲線(xiàn)圖的差異，動(dòng)態(tài)地反映出各種土的本質(zhì)區(qū)別。不同初始狀態(tài)的土樣，其峰值濕陷系數(shù)值所對(duì)應(yīng)的飽和度區(qū)間(簡(jiǎn)稱(chēng)“峰值飽和度”)不同。一般情況下，高原黃土比階地黃土具有更高的峰值飽和度，相比之下前者的峰值飽和度與其充分浸水時(shí)的飽和度差異性較小。(2)水壓力對(duì)黃土濕陷性的影響

(3)土壓力對(duì)黃土濕陷性影響不同黃土對(duì)產(chǎn)生濕陷的濕度條件和壓力條件的要求有很大差異。濕陷敏感性較強(qiáng)的土能在遠(yuǎn)小于上覆飽和土自重壓力下濕陷，并能在較少的增濕量下產(chǎn)生非飽和濕陷。濕陷不敏感場(chǎng)地的濕陷需要較高的濕度和壓力，它的自重濕陷就愈不易發(fā)生。局部增濕與整個(gè)場(chǎng)區(qū)大面積增濕相比，相當(dāng)于點(diǎn)增濕與面增濕之比。點(diǎn)增濕濕陷會(huì)受到邊界條件的強(qiáng)烈限制，而面增濕卻沒(méi)有限制，因此，在同等增濕情況下，面增濕將獲得更大濕陷量。由于環(huán)境工程地質(zhì)條件的改變帶來(lái)的大面積增濕，應(yīng)引起高度重視。沒(méi)有足夠的浸濕范圍就產(chǎn)生不了足夠的自重壓力，也就不會(huì)產(chǎn)生足夠的濕陷。同等浸濕條件下，因壓力條件的不同會(huì)產(chǎn)生不同的濕陷結(jié)果。壓力也是濕陷的必要條件，而僅有浸濕是不夠的。干燥性自重濕陷性黃土有較高強(qiáng)度，但在大壓力下，不高的增濕會(huì)產(chǎn)生顯著變形。因此，路塹邊坡的穩(wěn)定性與土的濕陷性及防水措施密切相關(guān)。在濕陷過(guò)程中，土中的壓力條件處于變化之中，受許多邊界條件的影響。自重濕陷量的大小與試坑面積有很大關(guān)系，在一定范圍內(nèi)兩者呈正比。(3)土壓力對(duì)黃土濕陷性影響

(4)飽水濕陷一增濕濕陷研究黃土在充分浸水條件下發(fā)生的濕陷量，是一種極端的情況。事實(shí)上，經(jīng)常遇到的濕陷往往發(fā)生在沿上層達(dá)到不同增濕含水量的情況下(廣義的濕陷)。黃土在先加壓后浸水的作用下，分別產(chǎn)生壓縮變形與濕陷變形，但總的變形量與起始含水量無(wú)關(guān)，只是應(yīng)力狀態(tài)的單值函數(shù)。起始含水量的不同只影響二者之間的分配比例，隨著起始含水量的增大，壓縮變形越來(lái)越大，濕陷變形越來(lái)越小。應(yīng)當(dāng)指出，黃土的增濕，可以由地下水位上升引起，也可以由地表水的入滲引起。前者增濕自下而上發(fā)展，浸水面積大，濕陷均勻，浸濕速率一般較慢，濕陷變形的過(guò)程較長(zhǎng)。(4)飽水濕陷一增濕濕陷二、土工合成材料防治公路邊坡病害的應(yīng)用技術(shù)

1．黃土地區(qū)公路邊坡病害類(lèi)型及成因黃土地區(qū)公路邊坡病害破壞形式可歸結(jié)為兩種基本類(lèi)型，即坡面破壞，包括剝落和沖刷等；坡體破壞，包括崩坍、坡腳坍塌、滑坡和流泥等。1)邊坡坡面破壞(1)剝落坡面剝落是黃土邊坡變形的一種普通現(xiàn)象，處理也十分困難。剝落按其形態(tài)一般有以下4類(lèi)：①魚(yú)鱗狀剝落：這種變形易發(fā)生在含易溶鹽多(一般為1％-2％)的地區(qū)。②片狀剝落：主要發(fā)生在新第四系風(fēng)積和近代坡積的均質(zhì)黃土層中。③層狀剝落：主要發(fā)生在洪積沖積黃土互層中，這類(lèi)黃土多由黏土、砂黏土及砂等互層構(gòu)成。④混合狀剝落：邊坡坡面剝落并非如上面那樣類(lèi)型單一，有時(shí)幾種剝蝕類(lèi)型同時(shí)出現(xiàn)。(2)坡面沖刷坡面沖刷是常見(jiàn)的公路邊坡變形，會(huì)引起大量的水土流失。坡面沖刷使坡面呈溝狀或洞穴狀。黃土邊坡坡面沖刷與土層、巖性、微地貌條件、水文條件等有密切的關(guān)系。二、土工合成材料防治公路邊坡病害的應(yīng)用技術(shù)

1．黃土地區(qū)公路

2)邊坡坡體破壞①崩坍：黃土邊坡崩坍是土體沿節(jié)理面倒坍和下錯(cuò)的斜坡動(dòng)力地質(zhì)現(xiàn)象，是多